米糠酶法制备葡萄糖的工艺研究

陈建 夏陈 朱永清 张盈娇 邓俊琳 栢凤女

摘要 以新鲜米糠为原料，脱脂脱蛋白后，经单因素试验摸索酶催化米糠粕中淀粉的液化和糖化工艺条件。得到最佳液化条件为：每1 g物料用α-淀粉酶60 u，水8倍重量于物料，于pH值6.3，加0.2% CaCl2，在90 ℃液化反应120 min后得麦芽糖糊精；最佳糖化条件为：pH 值4.5，糖化酶用量400 u/g，温度60 ℃，时间24 h。按照最佳液化和糖化工艺条件，比较了以新鲜米糠、脱脂米糠、脱蛋白米糠和脱脂脱蛋白米糠为原料制备葡萄糖，结果以脱脂脱蛋白米糠为原料制备的葡萄糖结晶粉末质量最好，纯度高于99%。

关键词 米糠；酶法；液化；糖化；葡萄糖

中图分类号 TS245 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2016）04-0284-03

Process Research of Enzymatic Preparation of Glucose From Rice Bran

CHEN Jian XIA Chen ZHU Yong-qing ZHANG Ying-jiao DENG Jun-lin BAI Feng-nv

（Institute of Agro-Products Processing Science and Technology，Sichuan Academy of Agricultural Sciences，Chengdu Sichuan 610066）

Abstract In this paper，fresh rice bran was de-fatted and de-proteinized to get residue solid.Then single-factor method was used to study the liquefaction and saccharification process of enzymatic hydrolysis of starch in the residue solid.The results showed that the best liquefaction conditions was as following：α-amylase 60 u per gram material，8 times water by weight，pH value 6.3，0.2% CaCl2 by weight，and at temperature 90 ℃ for 120 minutes.The best saccharification conditions was as following：pH value 4.5，glucoamylase 400 u/g，and at temperature 60 ℃ for 24 hours.With the best liquefaction and saccharification conditions，using fresh rice bran，de-fatted rice bran，de-proteinized rice bran，and de-fatted de-proteinized rice bran as starting materials respectively，comparison reactions to prepare glucose had been conducted.The results showed that the quality of glucose crystalline powder was the best（> 99% purity）to use de-fatted de-proteinized rice bran as material.

Key words rice bran；enzyme process；liquefaction；saccharification；glucose

葡萄糖（圖1）广泛应用于医药、化工、食品、微生物发酵及皮革等行业[1]。目前国内结晶葡萄糖产量大约为100万t，需求量可达200万t，并且以每年15%的速度递增[2]。葡萄糖的制备在国内外主要以玉米为原料，玉米是我国四大主粮之一，用玉米制造葡萄糖要消耗大量主粮资源，而且起源于玉米的葡萄糖产品会导致敏感人群食用过敏[3-4]。

米糠在我国年产量约1 300万t，这是一项巨大的农副产品资源[5]。然而，我国只有约10%的米糠用于榨油及精深加工，远未充分增值利用[6]。米糠来源丰富、价廉并富含多种营养成分及健康活性成分[7-8]。米糠中含20%～30%淀粉可以被有效利用转化成高附加值产品。本课题组研究了以米糠为起始原料制备葡萄糖浆的新技术[9]，不仅可以节约主粮资源，而且可以避免玉米葡萄糖食用过敏的缺点。本文报道以米糠经酶法制备葡萄糖的工艺研究，为新技术的工业化应用奠定工艺基础。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

1.1.1 试验原料。新鲜米糠购买于稻米加工厂，经测定，其中淀粉含量25.2%，水分含量11.6%、粗脂肪含量16.2%、灰分含量8.5%、粗蛋白质含量 14.5%。

1.1.2 试验试剂。高温α-淀粉酶（江苏锐阳生物科技有限公司，2万U/mL，食品级），糖化酶（江苏锐阳生物科技有限公司，2万U/g，食品级），正己烷是食品级，其他相关试剂为化学纯或分析纯。

1.1.3 试验仪器。德国Heidolph Hei-VAP Advantage ML旋转蒸发仪；RE5220A中试旋转蒸发器；德国MEMMERT VO500真空加热干燥箱；DHG-9075A电热恒温鼓风干燥箱；HCP-100全钢高速多功能粉碎机；JA31002电子天平等。

1.2 试验设计

1.2.1 米糠粕酶催化液化的单因素试验。①α-淀粉酶用量对米糠淀粉液化效果的影响试验。称取米糠粕20 g，加160 mL水搅拌均匀，于pH值6.3、100 ℃糊化30 min，选取20、40、60、80、100 u/g 5个加酶量水平，加入0.2% CaCl2，80 ℃水浴锅中液化2 h，接着煮沸灭酶5 min，冷却补水至初重，测定还原度DE值。②温度对米糠淀粉液化效果的影响试验。称取米糠粕20 g，加160 mL水搅拌均匀，于pH值6.3、100 ℃糊化30 min，加酶60 u/g，加入0.2% CaCl2，选取60、70、80、90、100 ℃ 5个水平的温度进行液化2 h，取出后煮沸5 min，冷却补水至初重，测定还原度DE值。③时间对米糠淀粉液化效果的影响试验。称取米糠粕20 g，加160 mL水搅拌均匀，于pH值6.3、100 ℃糊化30 min，加酶60 u/g，加入0.2% CaCl2，90 ℃液化30、60、90、120、150 min，取出后煮沸5 min，冷却补水至初重，测定还原度DE值。

1.2.2 米糠粕麦芽糖糊精糖化的单因素试验。①糖化酶用量对糖化效果的影响试验。称取米糠粕20 g，按以上1.2.1确定的最佳液化条件处理后，过滤，滤液调节pH 值至4.5，控制温度60 ℃，糖化酶用量分别为100、200、300、400、500 u/g糖化8 h，测定DE值。②温度对糖化效果的影响试验。称取米糠粕20 g，按以上1.2.1确定的最佳液化条件处理后，过滤，滤液调节pH值至4.5，糖化酶用量400 u/g，在温度分别为30、40、50、60、70 ℃条件下糖化8 h，测定DE值。③pH值对糖化效果的影响试验。称取米糠粕20 g，按以上1.2.1确定的最佳液化条件处理后，过滤，糖化酶用量400 u/g，选取pH值3.5、4.0、4.5、5.0、5.5，60 ℃条件下糖化8 h，测定DE值。④糖化时间对糖化效果的影响试验。称取米糠粕20 g，按以上1.2.1确定的最佳液化条件处理后，离心，上清液调节pH值至4.5，糖化酶用量400 u/g，温度60 ℃，加酶量400 u/g条件下分别糖化4、8、16、24、28 h，测定DE值。

1.2.3 米糠原料对葡萄糖产品的收率及纯度影响试验。分别称取1.0 kg新鲜米糠、脱脂脱蛋白米糠、脱脂米糠和脱蛋白米糠按工艺1.2.1和1.2.2的最佳工艺条件反应后得到4种粗葡萄糖浆，然后纯化、结晶，得到葡萄糖晶状固体粉末，测定收率（基于以新鲜米糠原料）和纯度。

1.3 指标测定

脂肪含量测定采用索氏抽提法（GB/T 5512-2008）；蛋白含量测定采用凯氏定氮法（GB/T 5511-2008）；淀粉含量测定采用NY/T11-1985法；水分含量測定采用常压干燥恒重法（GB 5009.3-2010）；灰分测定采用灼烧重量法（GB/T 22510-2008）；葡萄糖浆DE值按国标GB/T20885-2007测试计算。

1.4 工艺流程

米糠酶法制备葡萄糖工艺流程如图2所示。

1.5 工艺操作

1.5.1 米糠原料的预处理。取新鲜米糠5 kg，清除米糠中的机械杂质、灰分、异物等，粉碎处理，得到100目均匀物料。

1.5.2 米糠脱脂处理。将预处理的米糠4.0 kg，加入8 L食品级正己烷，于30 ℃搅拌提取5 h，过滤，滤渣重复浸提1次，提油后的米糠于通风良好条件下室温挥尽溶剂得到脱脂米糠，得到米糠粕（脱脂米糠）3.36 kg。

1.5.3 热碱水溶液法去除米糠粕中蛋白质及其他水溶物质。取3.0 kg脱脂米糠，加24 L去离子水，调至pH值10，于60 ℃温度搅拌处理2 h，过滤。滤饼以1 mol/L盐酸洗涤，再以去离子水洗涤至近中性，尽量抽干，60 ℃干燥，得米糠粕2.2 kg。

1.5.4 制备葡萄糖。取适量经以上步骤处理过的米糠粕，加入8倍体积的水，搅拌均匀，以稀盐酸调于pH值6.3，于100 ℃糊化30 min后，加入原料重量0.2% 的CaCl2，然后将高温α-淀粉酶加入该物料混合物中，分别考察α-淀粉酶加酶量、液化温度、液化时间对液化淀粉还原度DE值的影响；液化反应后，将反应液冷却至室温，过滤，滤液于50～80 ℃热水浴锅经减压浓缩至原体积的25%～50%，得麦芽糖糊精溶液；向麦芽糖糊精溶液中加入糖化酶，并考察加酶量、pH值、温度、糖化时间对糖化反应后DE值的影响。检查糊精成阴性，煮沸灭酶，过滤，得粗葡萄糖浆。将粗葡萄糖浆以活性炭脱色，并经离子交换树脂去除Cl-和Ca2+脱盐纯化处理后，可以得到纯品葡萄糖浆；将纯化后的葡萄糖浆于55 ℃减压浓缩，至浓度约为70%，静置至室温后，加晶种，冷藏结晶，过滤，并以少量蒸馏水洗涤滤饼，抽干，于45 ℃真空干燥（用P2O5干燥剂），得葡萄糖晶体。称重，计算收率（基于以新鲜米糠原料）。

2 结果与分析

2.1 米糠粕酶催化液化的单因素试验

2.1.1 α-淀粉酶用量对米糠淀粉液化效果的影响。由图3可知，加酶量为20～60 u/g时，底物较多，酶较少，DE值随着加酶量增大而升高，当加酶量为60 u/g时，DE值达21.8，此后，加酶量继续增大，但底物浓度相对较低，DE值增加缓慢。因此，以60 u/g为最佳加酶量。

2.1.2 温度对米糠淀粉液化效果的影响。由图4可知，当温度从60 ℃升至90 ℃时，DE值逐渐增大，这可能是温度升高，逐渐接近淀粉酶的最适温度，且淀粉分子的运动增强，增加了酶与淀粉分子内部糖苷键的接触，使受降解的糖苷键增加[10]。但当温度超过90 ℃时，DE值开始下降，这可能是因为温度已超过淀粉酶的最适温度，最佳液化温度选取90 ℃。

2.1.3 时间对米糠淀粉液化效果的影响。由图5可知，随着时间的延长，DE值逐渐增大，但120 min以后增加缓慢，因此以120 min为最佳液化时间。

根据以上各单因素试验结果，确定最佳液化工艺条件为：米糠粕20 g，水160 mL，pH值6.3，100 ℃糊化30 min，α-淀粉酶60 u/g，0.2% CaCl2，90 ℃液化120 min。

2.2 米糠粕麦芽糖糊精糖化的单因素试验

2.2.1 糖化酶用量对糖化效果的影响。由图6可知，随着酶量的增加，DE值逐渐增大，但400 u/g以后增加缓慢，因此以400 u/g为最佳加酶量。

2.2.2 温度对糖化效果的影响。由图7可知，随着温度的升高，DE值逐渐增大，但60 ℃以后增加缓慢，因此以60 ℃为最佳糖化温度。

2.2.3 pH值对糖化效果的影响。由图8可知，当pH值为3.5～4.5之间时，DE值随着pH值升高而快速增大，但当超过4.5以后，DE值则随着pH值增加而快速下降。pH值的改变可能会引起酶活性中心或酶分子构象改变，影响酶与底物的结合与催化能力[11]。

2.2.4 糖化时间对糖化效果的影响。由图9可知，随着时间的延长，DE值逐渐增大，但24 h以后增加缓慢，因此以24 h为最佳糖化时间。

根据以上各单因素试验结果，确定最佳糖化工艺条件为：pH值4.5，糖化酶用量400 u/g，温度60 ℃，时间24 h。

2.3 米糠原料对葡萄糖产品的收率及纯度影响

由表2可以看出，在优化的液化和糖化工艺条件下，以脱脂脱蛋白米糠为原料经酶法制得的葡萄糖纯度最好。先去除米糠原料中的油脂和蛋白质，避免了它们对糖化液化反应的影响，特别是避免了水溶性蛋白质混入葡萄糖产品难以分离纯化，因而制得的产品纯度高达99.2%。表中脱脂脱蛋白米糠原料对应的收率是10.2%，主要是因为新鲜米糠中淀粉在脱蛋白过程中溶于水而有所损失。

3 结论与讨论

以新鲜米糠，先经脱脂脱蛋白质后为原料，由单因素试验得米糠淀粉最佳液化工艺条件为：水8倍重量于物料，于pH 值6.3，100 ℃糊化30 min后，1 g物料用α-淀粉酶60 u，加0.2% CaCl2，在90 ℃液化反应120 min后得麦芽糖糊精；由单因素试验得米糠麦芽糖糊精最佳糖化工艺条件为：pH值4.5，糖化酶用量400 u/g，温度60 ℃，时间24 h；所得粗葡萄糖浆經活性炭脱色、离子交换树脂脱盐、浓缩结晶、真空干燥得高于99%含量的葡萄糖晶状固体。并且在最佳液化糖化工艺条件下，比较了以新鲜米糠、脱脂米糠、脱蛋白米糠和脱脂脱蛋白米糠为原料制备葡萄糖，结果表明，以脱脂脱蛋白米糠为原料制备的葡萄糖晶状粉末质量最好。

4 参考文献

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